内冷式吸收塔故障分析及改进措施

郝永辉

(唐山三友化工股份有限公司纯碱分公司，河北 唐山 063305)

1 内冷式吸收塔介绍

吸收塔是纯碱生产中主要设备之一，塔内气液两相逆向流动，淡氨盐水从塔顶加入自上而下流动，经过洗涤段、冷却吸收段与从下向上流动的NH3和CO2气汽混合气逆流接触，生成热氨盐水从塔中部流出，反应后的气体从塔顶排出。

我公司采用直径为φ2800的内冷式吸收塔，塔高33.68 m,由洗涤段、冷却吸收段、储桶段组成，材质为HT20-40。其中洗涤段目的是洗涤吸收剩余氨，由七节塔圈组成，顶部为空圈，下面五圈装有五个泡罩，气囱，旁边设有溢流槽，最下部塔圈内装有分布器一个。冷却段由8个冷却水箱和两节空圈组成，每个水箱有φ51×1.5钛管378根，每根长2 762 mm，共有3 024根，不仅起冷却氨盐水的作用，而且还起到气液接触的作用。最下部是储桶段，作用之一是增加位差，使吸收好的热氨盐水能靠静压自流入澄清桶内，之二是用于储存冷却好的氨盐水供碳化使用。

2 故障原因分析

我公司共有五台吸收塔用于生产，使用过程中相继发生问题，如洗涤段泡罩松动，与气囱撞击产生噪音，甚至泡罩脱落，被迫停塔。工艺操作存在吸收效果差，塔内阻力大，操作弹性小等缺点。在停塔检查时还发现水箱内漏问题，水箱两侧花板孔内部O形圈定位台全部腐蚀掉，内径由原来的φ52.5增大到了φ60，并有多根钛管的密封脱落，密封部位长度由原来的35 mm，最小的变成15 mm，远远超出冷却钛管与花板的密封尺寸要求，并出现了明显的石墨化腐蚀，水箱中的冷却水泄漏到塔内，造成氨盐水浓度降低，也就是我们常说的水箱内漏。

2.1 洗涤段故障分析

在使用过程中，原泡罩结构由于液体的腐蚀、冲刷，容易造成气囱与泡罩的连接位置出现缝隙，导致螺栓预紧力降低，固定螺栓松动或脱落，再加上气体的扰动，使泡罩产生振动，甚至偏斜或脱落在气囱上，使塔不能正常运行，必须停塔处理。(见图1)

1.气囱 2.隔套 3.菌帽 4.连接螺栓

2.2 冷却段故障分析

由于我公司纯碱产量日益增加，直接造成吸收塔负荷加大，特别是夏季经常出现热顶现象。气液在塔内接触时改变了原有的稳定状态，在水箱花板上下四角处，气液形成湍流状态，氨盐水、氨气对水箱花板的冲刷腐蚀严重，铸铁水箱花板材质不能满足现在生产要求，抗冲刷、抗石墨化腐蚀能力差。这主要是由于吸收塔内的氨盐水中含有一定量的Cl-，铸铁中的铁素体(α)被选择性地溶解，即Fe2+与Cl-发生化学反应，因在铁碳合金的基体组成中以铁素体的化学稳定性最差，进而从金属的表面开始向内部均匀地发展，最后只留下一个多孔的石墨基体，也就是我们常说的铸铁的石墨化腐蚀。塔内不稳定的气、液冲刷也有助于加快石墨化腐蚀的速度，这种局部腐蚀的后果对铸铁塔本身强度的影响是相当严重的。其中第一、二层水箱花板四角处腐蚀最为严重，花板孔之间出现了大量被穿透的孔洞。

水箱中的每根冷却钛管直径51 mm,长达2 762 mm,管壁只有1.5 mm,塔内气液的接触，反应剧烈，气体流速较高，钛管会产生一定的弯度，随着气流上下颤动，即钛管产生了一定的挠度(我们可以把穿于两花板之间的钛管看成是两端不受约束的简支梁)，在花板的O形圈定位台被冲刷腐蚀变大后，密封圈就会向塔内方向脱落，再加上冷却水压力要比塔内介质压力高，这样在此双重作用下，导致密封失效，冷却水进入氨盐水中，造成水箱内漏。我们每年停塔检修均发现此类问题。

水箱两端顶部凹槽因雨水或漏液长期积存导致局部腐蚀严重，甚至锈透，将造成水箱外漏。

2.3 储桶段故障分析

储桶段相对问题较少，主要集中在各进、出口连接法兰及清理孔漏液上。法兰口漏液造成密封面腐蚀损坏，使法兰强度降低，更加剧泄漏问题的发生。

3 改进措施

3.1 洗涤段改进措施

为有效解决洗涤段问题，我们对吸收塔进行了筛板化改造，将原洗涤段塔圈五层菌帽、溢流槽结构改为七层筛板式结构，筛孔板塔主要优点是构造简单，处理能力大，设备阻力小，能耗低，具有足够的机械强度和耐腐蚀能力，便于制造和检修，运行稳定。不足之处是塔的安装要求严格，塔板应保持水平；操作弹性较小。为了保证塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。我们通过计算试验，最终确定适宜筛板孔径、孔间距及开孔率。保证气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。同时将原洗涤段下部分布器上移至筛板圈上部，对进液进行初次分布，为使筛板上液层厚度保持均匀，严格控制各层筛板的制作和安装精度，以防止塔偏流。2009年3月2日，我车间1#吸收塔已由泡罩塔改为筛板塔，经过一段时间试运行，发现1#吸收塔与其它塔相比阻力明显降低，洗涤段压力降约为0.41 kPa，只占总压降的 10%。而未改造的3#吸收塔测定洗涤段阻力降为5.97 kPa，比1#吸收塔大5～6 kPa，由此可以认定洗涤段改为筛板后能够有效降低吸收塔阻力降。

3.2 冷却段改进措施

1)增加一层水箱，将原八层水箱改为九层，提高塔的应变能力，吸氨生产最大变动因素是在冷热季节中冷却水温相差悬殊，致使冷却能力变动幅度大，通过增加了一层水箱，加上及时调节冷却水量，更能够适应反应区移动，增大吸收区，缓解夏季热顶问题，同时可节约用水量，提高塔的工作效率。

2)在铸造水箱时，在铸件中加入一定配比的抗石墨化腐蚀的Cr、Ni合金元素，提高水箱的耐腐蚀性，减缓水箱花板腐蚀速度，保证密封效果。同时保持铸铁塔本身强度。

3)对水箱进行了分体式改造，保证原钛管位置及数量的前提下，将水箱花板做成分体式，彻底解决因吸收塔水箱花板内漏造成被迫停塔更换水箱的严重后果，改造后的分体水箱花板被冲刷腐蚀严重到不能使用时，可以临时停吸收塔，单独更换备用的分体水箱花板，这样将大大缩短了检修时间，节约检修费用(如图2)。

1.箱体 2.分体水箱花板Ⅰ 3.分体水箱花板Ⅱ 4.不带水进出口管水箱盖 5.带水进出口管水箱盖

4)对水箱花板及钛管密封结构进行改造。原花板与钛管密封形式为O形圈与止推圈共同密封，这样的密封结构的缺点是：在花板定位台被冲刷腐蚀后，密封O形圈容易脱落，造成密封失效。改造后的分体水箱花板孔取消了密封定位台，改为φ58的通孔，同时原密封O形圈、止推圈改为与钛管尺寸相配套的一体式密封圈，安装前先在钛管孔涂油，密封圈选用天然胶，遇油膨胀，形成可靠密封，从而彻底解决了原花板与钛管密封失效的问题。

5)为解决钛管晃动问题，我们将最下面一个水箱最下一排换热管壁厚增加，提高每根钛管的刚度，从而起到折流板的作用，对气流进行缓冲，使上面钛管保持稳定，保证密封效果。

6)在10#圈进气口加钛材质进气分布器一个，同样可以使进气更均匀，避免直接冲击换热管，减缓了气流对钛管的作用力，有效解决水箱内漏问题(见图3)。

图3 10#塔圈进气分布器

7)为解水箱上部腐蚀问题，我们将水箱凹槽内清理除锈，填充干砂，表面做玻璃钢封闭处理，避免水箱外腐蚀。

8)再分布器改造，原再分布器开孔较集中，分布效果不好，我们对其也进行了改造，在保持原有开孔数量的情况下，进行合理布局(见图4)。

图4 吸收塔再分布器局部

3.3 储桶段改进措施

储桶段连接法兰原为开口槽式改为翻边法兰式，这种结构耐腐蚀性强，密封效果好，方便拆卸。在运行中发现漏点后应尽快安排消除，防止法兰密封面腐蚀。法兰外表面应及时清理结疤，保持整洁干燥。

4 效果检查

通过实施以上改进措施，我公司吸收塔已平稳运行近10年，故障率明显降低，效果良好，彻底消除了设备隐患，有效延长了运行周期，稳定了化工生产，达到了预期的目的。